一种乙烯的制备方法和氧化锌纳米片负载型催化剂的制备方法

本发明涉及光催化，具体涉及一种乙烯的制备方法和氧化锌纳米片负载型催化剂的制备方法。

背景技术：

1、乙烷化学利用对现代化工行业来说具有重大意义，特别是随着页岩气(目前全球已探明的页岩气含量了约为214.5万亿立方米，其中乙烷含量约占10～20％)的大量勘探，有望摆脱对化石能源的依赖和发展新能源，实现“双碳”目标。在乙烷转化的各种产物中，乙烯是最基本的化学品，可用于合成聚乙烯、乙二醇、苯乙烯等。据估计2023年全球的乙烯的需求量达到了1.825亿吨，目前的乙烷制乙烯主要集中在热催化裂解工艺，但该工艺需要极高的温度输入(600℃)，容易导致成焦和不可控的过氧化过程。光催化被认为是在温和条件下(环境温度和压力)实现c2h6转化的一种有吸引力的方法，它只需要太阳能作为能量输入。然而，目前的光催化乙烷制乙烯存在产率低、选择性低等问题。因此，寻找高效稳定的光催化剂以实现乙烷高选择性转化为乙烯引起了研究者的广泛关注。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种乙烯的制备方法和氧化锌纳米片负载型催化剂的制备方法。所述制备方法可以得到高选择性、高产率的乙烯。

2、为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种乙烯的制备方法，包括以下步骤：

4、将氧化锌纳米片负载型催化剂在乙烷的气氛中进行光照反应，得到乙烯；

5、所述氧化锌纳米片负载型催化剂包括载体：氧化锌纳米片，以及负载在所述载体上的金属；

6、所述金属选自pd、ag或au中的任意一种或多种。

7、优选地，所述载体与负载在所述载体上的金属的质量比为(93～97):(3～7)。

8、优选地，所述氧化锌纳米片的厚度为4～5nm。

9、优选地，所述金属的平均粒径为10～20nm。

10、优选地，所述光照反应的光源选自氙灯、高压汞灯、led灯或碘钨灯中的任意一种。

11、优选地，所述光照反应中光源的功率为80～120mw cm-2。

12、优选地，所述光照反应的时间为2～6h。

13、优选地，所述乙烷的纯度≥99.9％。

14、第二方面，本发明提供一种上述氧化锌纳米片负载型催化剂的制备方法，包括以下步骤：

15、将表面活性剂、金属盐溶液、可溶性锌盐混合并在90～150℃下进行反应，得到氧化锌纳米片负载型催化剂；

16、所述金属盐溶液选自na2pdcl4溶液、agno3溶液或naaucl4溶液中的任意一种或多种。

17、优选地，所述表面活性剂选自六次甲基四胺、柠檬酸三钠盐、尿素、聚乙烯吡咯烷酮或十六烷基三甲基溴化铵中的任意一种或多种。

18、优选地，所述可溶性锌盐选自乙酸锌、氯化锌、硝酸锌或硫酸锌中的任意一种或多种。

19、优选地，所述表面活性剂、金属盐溶液、可溶性锌盐的摩尔比为(0.3～2):(0.01～0.07):1。

20、优选地，所述反应的温度为100～130℃，时间为5～12h。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

22、(1)本发明提供了一种乙烯的制备方法，该方法将氧化锌纳米片负载型催化剂在乙烷的气氛中进行光照反应，得到乙烯。其中，所述氧化锌纳米片负载型催化剂包括载体：氧化锌纳米片，以及负载在所述载体上的金属，所述金属选自pd、ag或au中的任意一种或多种。单一的氧化锌纳米片具有良好的光敏性，但其可见光捕获能力弱，光生载流子分离效率较差，脱氢性能较弱，导致其在烷烃中的c-h键裂解效率低下。本发明通过将氧化锌纳米片作为载体，负载金属颗粒(pd,au,ag)后，可以借助spr效应将太阳光谱的响应从紫外光扩展到可见光和近红外光区域，金属颗粒还可以作为光生电子的迁移中心，促进电子-空穴对的空间分离，将其作为光催化剂催化乙烷制乙烯，可以得到高选择性和高产率的c2h4，同时得到高产率的氢气。经研究，氧化锌纳米片负载的钯纳米颗粒在光催化乙烷脱氢制备乙烯和氢气的反应中，获得了16.32mmolg-1的乙烯产率，选择性高达94.83％；氢气的产率也达到了14.49mmolg-1；

23、(2)本发明提供的上述氧化锌纳米片负载型催化剂通过简易的水热浸渍法即可制备得到，便于实现大规模化生产。同时，可以负载多种金属颗粒，具有优异的普适性。

技术特征：

1.一种乙烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述载体与负载在所述载体上的金属的质量比为(93～97):(3～7)。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化锌纳米片的厚度为4～5nm；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光照反应的光源选自氙灯、高压汞灯、led灯或碘钨灯中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光照反应中光源的功率为80～120mw cm-2；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙烷的纯度≥99.9％。

7.一种氧化锌纳米片负载型催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选自六次甲基四胺、柠檬酸三钠盐、尿素、聚乙烯吡咯烷酮或十六烷基三甲基溴化铵中的任意一种或多种；

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂、金属盐溶液、可溶性锌盐的摩尔比为(0.3～2):(0.01～0.07):1。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为100～130℃，时间为5～12h。

技术总结
本发明提供了一种乙烯的制备方法和氧化锌纳米片负载型催化剂的制备方法。本发明通过将氧化锌纳米片负载型催化剂在乙烷的气氛中进行光照反应，得到乙烯。其中，催化剂包括载体：氧化锌纳米片，以及负载在所述载体上的金属(Pd、Ag或Au)。本发明通过将氧化锌纳米片作为载体，负载金属颗粒(Pd,Au,Ag)后，可以借助SPR效应将太阳光谱的响应从紫外光扩展到可见光和近红外光区域，促进电子‑空穴对的空间分离，将其作为光催化剂催化乙烷制乙烯，可以得到高选择性和高产率的C<subgt;2</subgt;H<subgt;4</subgt;，同时得到高产率的氢气。另外，所述氧化锌纳米片负载型催化剂可以通过简易的水热浸渍法制备得到，便于实现大规模化生产。

技术研发人员：孙永福,胡泽训,陈润华,谢毅
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15